270 DeUXiÈMe partie La cellule
3. Décrivez une des fonctions des microtubules polaires.
4. Comparez les rôles de la tubuline et de l’actine
dans la division des cellules eucaryotes avec les rôles
des protéines similaires à la tubuline et à l’actine
lors de la fission binaire chez les Bactéries.
5. FaItes des lIens Quelles autres fonctions l’actine et
la tubuline remplissent-elles ? Nommez les pro téines
avec lesquelles elles interagissent pour remplir ces
fonctions. (Revoyez les figures 6.21a, p. 123, et
6.27a, p. 128.)
6.
et sI ?
Durant quels stades du cycle cellulaire
un chromosome est-il composé de deux
chroma tides identiques ?
Voir les réponses proposées à la fin du chapitre.
ConCept
12.3
Un mécanisme de régulation
moléculaire gouverne le cycle cellulaire
des eucaryotes
Pour que les différentes parties d’une plante ou d’un animal
croissent, se développent et se régénèrent normalement, la division cellulaire doit absolument se dérouler au moment opportun et à un rythme approprié. Ses modalités varient suivant
le type de cellules. Les cellules aux extrémités des rameaux et
à la pointe des racines chez les Végétaux se divisent fréquemment, de même que les cellules épithéliales humaines, comme
celles de l’intestin (qui peuvent se diviser deux fois par jour)
ou de la peau. Les cellules hépatiques humaines, elles, se
divisent à un rythme rapide (une division par jour) seulement si les circonstances l’exigent, en cas de lésion ou lors de
l’ablation chirurgicale d’une partie de l’organe. Autrement, il
se peut qu’elles ne se divisent qu’une seule fois par année. Il
en va de même pour les cellules immunitaires (lymphocytes)
qui prolifèrent après être entrées en contact avec une sub stance étrangère. Enfin, certaines cellules, telles que les neurones, les cellules musculaires et les globules rouges, ne se
divisent pas chez l’adulte. La mitose demeure quand même un
processus très actif chez l’humain adulte puisque, selon certaines estimations, 25 millions de cellules se divisent chaque
seconde. Ces disparités sont imputables à une régulation du
cycle cellulaire sur le plan moléculaire. On étudie les mécanismes régissant cette régulation, non seulement pour comprendre le cycle de cellules normales, mais également pour
découvrir comment les cellules tumorales y échappent.
Les signaux cytoplasmiques
Qu’est-ce qui régit le cycle cellulaire ? Une hypothèse plausible serait que chacun de ses événements déclenche le prochain, formant ainsi une cascade d’événements comme dans
une voie métabolique simple. Ainsi, la réplication des chromosomes à la phase S provoquerait la croissance de la cellule
à la phase G 2 , ce qui constituerait un signal pour mettre en
route la mitose directement. Cependant, si logique soit-elle,
cette hypothèse d’une voie échappant à une régulation interne
ou externe s’est révélée inexacte.
Au début des années 1970, les chercheurs ont formulé une
tout autre hypothèse fondée sur une vaste gamme d’expériences : le cycle cellulaire serait plutôt régi par des signaux
chimiques précis présents dans le cytoplasme. Certains indices
convaincants à l’appui de cette hypothèse proviennent d’expériences réalisées sur des cellules mammaliennes mises en
culture. Au cours de l’une d’elles, on a fusionné deux cellules
se trouvant dans différentes phases du cycle de façon à former
une seule cellule munie de deux noyaux. On a observé que,
quand l’une des cellules initiales est en phase S, et l’autre,
en phase G 1 , le noyau en phase G 1 entre immédiatement en
phase S, comme si la cellule était activée par des substances
chi miques présentes dans le cytoplasme de la cellule initiale.
De la même manière, si une cellule en voie de mitose (phase M)
fusionne avec une cellule dans une autre phase de son cycle
(y compris la phase G 1 ), le second noyau entre immédiatement en mitose : sa chromatine se condense, et le fuseau de
division se forme (figure 12.14). D’autres expériences au
cours desquelles du cytoplasme d’une cellule en phase M
était injecté dans une cellule en interphase ont aussi confirmé
cette hypothèse.
Le mécanisme de régulation du cycle cellulaire
Les expériences illustrées à la figure 12.14, ainsi que bien
d’autres effectuées chez les levures et les embryons de grenouilles, ont montré que l’enchaînement des phases du cycle
cellulaire est commandé par un mécanisme de régulation
du cycle cellulaire particulier et que ce mécanisme fait
intervenir des molécules qui déclenchent et coordonnent
périodiquement les événements clés du cycle. À l’instar du
système de contrôle d’une machine à laver (figure 12.15), le
mécanisme de régulation du cycle cellulaire fonctionne par
lui-même, gouverné par une horloge interne. Cependant, tout
comme le cycle d’une machine à laver peut faire l’objet d’un
contrôle interne (les capteurs détectent le remplissage de la
cuve) et externe (par exemple, l’activation du mécanisme de
démarrage), le cycle cellulaire est régulé par des mécanismes
internes et externes à des points de contrôle bien précis.
Un point de contrôle du cycle cellulaire représente un
moment critique où un signal dicte l’arrêt ou la poursuite du
cycle. (Les signaux sont transmis à l’intérieur de la cellule par
des voies de transduction similaires à celles qui ont été étudiées au chapitre 11.) Généralement, les cellules animales
obéissent à des signaux intrinsèques qui bloquent le cycle
cellulaire aux points de contrôle, et ce, jusqu’à l’émission de
signaux commandant la reprise du cycle. La plupart des
signaux qui sont captés aux points de contrôle proviennent
de mécanismes de veille cellulaire ; ils indiquent si les processus cellulaires cruciaux (la réplication de l’ADN, par exemple)
ont été réalisés correctement et décident en conséquence de
la progression du cycle. Les points de contrôle captent également des signaux externes (nous en discuterons plus loin).
Les trois points de contrôle principaux se situent vers la fin
de la phase G 1 , à la toute fin de la phase G 2 et au point de
transition entre la métaphase et l’anaphase à la phase M (voir
la figure 12.15).
3. Décrivez une des fonctions des microtubules polaires.
4. Comparez les rôles de la tubuline et de l’actine
dans la division des cellules eucaryotes avec les rôles
des protéines similaires à la tubuline et à l’actine
lors de la fission binaire chez les Bactéries.
5. FaItes des lIens Quelles autres fonctions l’actine et
la tubuline remplissent-elles ? Nommez les pro téines
avec lesquelles elles interagissent pour remplir ces
fonctions. (Revoyez les figures 6.21a, p. 123, et
6.27a, p. 128.)
6.
et sI ?
Durant quels stades du cycle cellulaire
un chromosome est-il composé de deux
chroma tides identiques ?
Voir les réponses proposées à la fin du chapitre.
ConCept
12.3
Un mécanisme de régulation
moléculaire gouverne le cycle cellulaire
des eucaryotes
Pour que les différentes parties d’une plante ou d’un animal
croissent, se développent et se régénèrent normalement, la division cellulaire doit absolument se dérouler au moment opportun et à un rythme approprié. Ses modalités varient suivant
le type de cellules. Les cellules aux extrémités des rameaux et
à la pointe des racines chez les Végétaux se divisent fréquemment, de même que les cellules épithéliales humaines, comme
celles de l’intestin (qui peuvent se diviser deux fois par jour)
ou de la peau. Les cellules hépatiques humaines, elles, se
divisent à un rythme rapide (une division par jour) seulement si les circonstances l’exigent, en cas de lésion ou lors de
l’ablation chirurgicale d’une partie de l’organe. Autrement, il
se peut qu’elles ne se divisent qu’une seule fois par année. Il
en va de même pour les cellules immunitaires (lymphocytes)
qui prolifèrent après être entrées en contact avec une sub stance étrangère. Enfin, certaines cellules, telles que les neurones, les cellules musculaires et les globules rouges, ne se
divisent pas chez l’adulte. La mitose demeure quand même un
processus très actif chez l’humain adulte puisque, selon certaines estimations, 25 millions de cellules se divisent chaque
seconde. Ces disparités sont imputables à une régulation du
cycle cellulaire sur le plan moléculaire. On étudie les mécanismes régissant cette régulation, non seulement pour comprendre le cycle de cellules normales, mais également pour
découvrir comment les cellules tumorales y échappent.
Les signaux cytoplasmiques
Qu’est-ce qui régit le cycle cellulaire ? Une hypothèse plausible serait que chacun de ses événements déclenche le prochain, formant ainsi une cascade d’événements comme dans
une voie métabolique simple. Ainsi, la réplication des chromosomes à la phase S provoquerait la croissance de la cellule
à la phase G 2 , ce qui constituerait un signal pour mettre en
route la mitose directement. Cependant, si logique soit-elle,
cette hypothèse d’une voie échappant à une régulation interne
ou externe s’est révélée inexacte.
Au début des années 1970, les chercheurs ont formulé une
tout autre hypothèse fondée sur une vaste gamme d’expériences : le cycle cellulaire serait plutôt régi par des signaux
chimiques précis présents dans le cytoplasme. Certains indices
convaincants à l’appui de cette hypothèse proviennent d’expériences réalisées sur des cellules mammaliennes mises en
culture. Au cours de l’une d’elles, on a fusionné deux cellules
se trouvant dans différentes phases du cycle de façon à former
une seule cellule munie de deux noyaux. On a observé que,
quand l’une des cellules initiales est en phase S, et l’autre,
en phase G 1 , le noyau en phase G 1 entre immédiatement en
phase S, comme si la cellule était activée par des substances
chi miques présentes dans le cytoplasme de la cellule initiale.
De la même manière, si une cellule en voie de mitose (phase M)
fusionne avec une cellule dans une autre phase de son cycle
(y compris la phase G 1 ), le second noyau entre immédiatement en mitose : sa chromatine se condense, et le fuseau de
division se forme (figure 12.14). D’autres expériences au
cours desquelles du cytoplasme d’une cellule en phase M
était injecté dans une cellule en interphase ont aussi confirmé
cette hypothèse.
Le mécanisme de régulation du cycle cellulaire
Les expériences illustrées à la figure 12.14, ainsi que bien
d’autres effectuées chez les levures et les embryons de grenouilles, ont montré que l’enchaînement des phases du cycle
cellulaire est commandé par un mécanisme de régulation
du cycle cellulaire particulier et que ce mécanisme fait
intervenir des molécules qui déclenchent et coordonnent
périodiquement les événements clés du cycle. À l’instar du
système de contrôle d’une machine à laver (figure 12.15), le
mécanisme de régulation du cycle cellulaire fonctionne par
lui-même, gouverné par une horloge interne. Cependant, tout
comme le cycle d’une machine à laver peut faire l’objet d’un
contrôle interne (les capteurs détectent le remplissage de la
cuve) et externe (par exemple, l’activation du mécanisme de
démarrage), le cycle cellulaire est régulé par des mécanismes
internes et externes à des points de contrôle bien précis.
Un point de contrôle du cycle cellulaire représente un
moment critique où un signal dicte l’arrêt ou la poursuite du
cycle. (Les signaux sont transmis à l’intérieur de la cellule par
des voies de transduction similaires à celles qui ont été étudiées au chapitre 11.) Généralement, les cellules animales
obéissent à des signaux intrinsèques qui bloquent le cycle
cellulaire aux points de contrôle, et ce, jusqu’à l’émission de
signaux commandant la reprise du cycle. La plupart des
signaux qui sont captés aux points de contrôle proviennent
de mécanismes de veille cellulaire ; ils indiquent si les processus cellulaires cruciaux (la réplication de l’ADN, par exemple)
ont été réalisés correctement et décident en conséquence de
la progression du cycle. Les points de contrôle captent également des signaux externes (nous en discuterons plus loin).
Les trois points de contrôle principaux se situent vers la fin
de la phase G 1 , à la toute fin de la phase G 2 et au point de
transition entre la métaphase et l’anaphase à la phase M (voir
la figure 12.15).